Ecología IPoblaciones e

Interacciones biológicas

Universidad de ChileBachillerato

Biología – Sección B

Sección 5 - Ecología

Patricia A. Berrios T. (MgCs)

Contenidos

• Relación entre evolución y ecología• Poblaciones

– Definición– Propiedades de las poblaciones– Dinámicas temporales – Modelos de crecimiento poblacional

• Interacciones biológicas– Competencia– Depredación– Mutualismo– Comensalismo– Parasitismo y Parasitoidismo

Bibliografía recomendada

• Audesirk, T. et al. 2003. Biología: La vida en la Tierra. Sexta Edición. Editorial Prentice Hall, México

• Smith, R.L., Smith, T.H. 2001. Ecología. Editorial Addison Wesley, Madrid.

• Jaksic, F. & Marone, L. 2006. Ecología de comunidades. 2º Edición. Ediciones Universidad Católica de Chile.

Ecología y Evolución

• Selección Natural.– “Ciertos fenotipos se reproducen con más éxito que otros”.– Los fenotipos exitosos son los que poseen las mejores

adaptaciones a su medio específico.– Las adaptaciones son características que ayudan al

individuo a sobrevivir y reproducirse en su ambiente.

Todo individuo interacciona

Medio abióticoClima, geografía, tipo de suelo, etc.

Medio bióticoOrganismos de la misma y

de otras especies

“La estructura de todo ser orgánico está relacionada... con la de todos los demás seres orgánicos con los que compite por alimento o residencia, o de los que debe escapar, o que son sus presas” . .... Charles Darwin.

• Los seres vivos interactúan entre sí para satisfacer sus necesidades básicas y mejorar sus capacidades de supervivencia y de reproducción.

Niveles de integración

PoblaciónConjunto de individuos, de una misma especie, que

comparten un acervo común (pool) de genes, y ocupan un área determinada en un momento específico.

existe interacción entre individuos e intercambio genético.

Los límites del área ocupada por una

población pueden ser definidos o pueden ser difíciles de reconocer

! e.g. bosque, migraciones.

Ecología de PoblacionesSe preocupa de estudiar y conocer las características

de una población y los factores que la afectan.

Una de las características importantes de las poblaciones

es su abundancia, o tamaño .

El tamaño poblacional afecta la probabilidad de persistencia en el tiempo de una población (eventos

catastróficos, inbreeding)

Propiedades de las poblaciones biológicas•Abundancia•Densidad•Dinámicas temporales•Tasas•Distribución•Proporción de edades y sexos

Abundancia y Densidad

• Abundancia. Numero de individuos.

• Densidad. Numero de individuos por unidad de área (o volumen) ! se usa como una expresión de la abundancia.

La densidad poblacional no es solo importante

como indicador de abundancia, sino también porque da cuenta de las

probabilidad de encuentro entre

individuos

La densidad, y por ende el tamaño poblacional, generalmente se ve

limitada por la disponibilidad de algún

recurso esencial: alimento, agua, refugio,

etc. ! Capacidad de carga del sistema (K).

Dinámicas TemporalesTamaño poblacional (N) puede cambiar como resultado

del cambio en: nacimientos (B), muertes (D), inmigraciones (I), y emigraciones (E):

N t + 1 = Nt + B – D + I – E¡ojo! Es una población abierta

En última instancia, los cambios se concentran en dos procesos: nacimientos (natalidad) y muertes (mortalidad), los cuales son responsables de los mayores cambios en

poblaciones cerradas.

"N / " t = B – DCambio de tamaño

(crecimiento) de una población cerrada

Tasa de cambio poblacionalLa variación del tamaño de una población también puede ser

expresada como la contribución promedio de cada individuo, durante un intervalo de tiempo por medio de las tasas de cambio poblacional .

"N / " t = B – D

"N / " t = bN – dN

Taza de Natalidad ! b = bt / Nt

Ej. 50 nacidos en t, Sí N = 1000;

! 50 / 1000 = 0,05

Taza de Mortalidad ! d = dt / Nt

Ej. 40 muertos en t, Sí N = 1000;

! 40 / 1000 = 0,04

"N / " t = 0.05*1000 – 0.04*1000 = 10

Tasa de cambio poblacional

"N / " t = B – D

"N / " t = bN – dN

= (b – d)N

= rN

r = tasa intrínseca de crecimiento per capita.

Es la diferencia entre la tasa de nacimientos y la de muerte (b - d)

bajo condiciones óptimas (normalmente se ignoran las

migraciones).

Para determinar la tasa de cambio del tamaño poblacional en el tiempo, se multiplica r por el

número de individuos (N) en el tiempo t ! r * Nt

"N / " t = rN

Tasa de cambio poblacional

r es una constante y representa la tasa de crecimiento de una población, por un periodo especifico de tiempo,

sobre una base individual

La tasa máxima de crecimiento intrínseco (r máximo o potencial biótico) varia entre especies, y depende de las

capacidades reproductivas de la especie:

Edad de primera madurez

Número de eventos reproductivos

Número de crías por evento reproductivo

Modelos de crecimiento poblacional

En condiciones ideales (no hay recursos

limitantes) todas las poblaciones muestran un crecimiento exponencial

(curva J), siendo el tiempo lo que varia (de horas a años) según la

especie

dN / dt = rNCurva de crecimiento exponencial

Modelos de crecimiento poblacional

En condiciones naturales las poblaciones están restringidas por algún

factor (recursos limitantes) y las

poblaciones muestran un crecimiento logístico

(curva S)

Capacidad de carga (K) = el máximo número de individuos de una población que el sistema puede mantener.

La K va a estar mediada por diversos factores que pueden ser (1) denso-independientes, o (2) denso-dependientes.

dN/dt = rN [(K – N) / K]

Modelos de crecimiento poblacional

dN/dt = rN [(K – N) / K]

Las tasas de crecimiento poblacional decrecen a

medida que la población se acerca a su capacidad de

carga

Pobl. pequeña Ej. N = 10 ; K = 1000;

(K – N) / K ! tiende a 1

dN/dt = rN * 1 ! c. exponencial

1 y 2

Pobl. grande Ej. N = 1000 ; K = 1000;

(K – N) / K ! tiende a 0

dN/dt = rN * 0 ! no hay crecimiento

5

Pobl. mediana Ej. N = 500 ; K = 1000;

dN/dt = rN * 0.5 ! c. logístico

3 y 4

Efecto de las dinámicas temporales

• Los cambios en la densidad (tamaño poblacional) afecta a los individuos de la población:

1. A bajas densidades:– Disminuye la probabilidad de apareamiento– Aumenta el riesgo de depredación

2. A altas densidades:– Los individuos menos agresivos son desplazados o

eliminados– La reproducción normalmente se ve disminuida (e.g., por

falta de sitios de anidamiento)

En general las tasas poblacionales dependen mucho de la densidad (denso-dependencia)

Interacciones biológicas

• Las interacciones pueden ser:

– Intraespecificas. Aquellas interacciones que se establecen entre individuos de la misma especie.

– Interespecificas. Interacciones biológicas que se establecen entre organismos de especies diferentes, dos animales, dos plantas o un animal y una planta.

Efectos• Todos las interacciones biológicas

generan efectos para los individuos que participan de ellas.

– Efectos positivos. Aquellos beneficiosos o provechosos para los individuos,e.g. obtener alimento, refugio o algún otro tipo de recurso necesario para su supervivencia.

– Efectos negativos. Aquellos dañinos o perjudiciales para los individuos, e.g. tener parásitos, depredadores o competencia.

Interacciones Intraespecificas

• Reproducción (encuentro de parejas)• Defensa en grupo (vigilancia y dilución

de riesgo)• Estrategias de forrajeo (localización

de recursos, comunicación)• Estructura social (pareja alfa)• Crías colectivas

Efectos positivos para los individuos

y la poblaciónAumentan la sobrevivencia

y la reproducción

• Competencia

• Canibalismo Disminuye la sobrevivencia y la reproducción

Sólo si los recursos son limitantes

Efectos negativos para los individuos y la población

Interacciones Interespecificas

Competencia (-/-)• Interacción biológica entre individuos de la misma especie

(intraespecifica) o de diferentes especies (interespecifica) que utilizan el mismo recurso cuya provisión o abundancia es limitada. Posen los mismos requerimientos o estilos de vida similares.

• La capacidad de los individuos de sobrevivir y reproducirse se ve reducida debido a la presencia del competidor.

• La competencia determina la composición y la estructura de las comunidades.

Tipos de competencia

• Competencia indirecta donde los participantes de la interacción no se encuentran.

• La utilización más eficiente de un recurso poco abundante por parte de una especie que desplaza a su competidor al agotar o dejar menos recurso disponible.

Competencia por explotación.

Tipos de competencia

• Competencia directa donde ambos individuos participantes se encuentran. En este encuentro los participantes realizan demostraciones de fuerza y provocan ataques directos.

• Ocurre cuando un individuo interfiere con la alimentación, supervivencia, reproducción o quiere invadir el territorio de otro individuo.

Competencia por interferencia.

Tipos de competenciaCompetencia por interferencia.• Un caso particular entre plantas es la alelopatía, donde una

especie produce y libera sustancias nocivas que impiden el crecimiento de plantas de otra especie.

El helecho (Pteridium aquilinum), produce fitotoxinas que se acumulan en la superficie del suelo, que impiden la germinación de semillas y reduce el crecimiento de las plántulas de otras especies.

Principio de Exclusión Competitiva• Formulado en 1934 por el microbiólogo ruso, G.F. Gause.• Si dos especies compiten por el mismo recurso limitado,

una especie superará a la otra y la eliminará en situaciones donde ocupen el mismo hábitat.

No siempre el competidor que crece

más rápido es el competidor más exitoso.

Experimento de exclusión en dos especies de Paramecium

Competencia y Nicho ecológico

• El concepto de nicho comprende todos los aspectos del estilo de vida de una especie, el ambiente total en el que vive y se desarrolla.

• Su descripción incluye factores físicos, aspectos de comportamiento y en general todos los factores que afectan la distribución y abundancia de la especie y sus interacciones en la comunidad.

¿Qué grado de similitud deben presentar las especies para continuar coexistiendo en el mismo lugar y al mismo tiempo?

Concepto de Nicho Ecológico

Nicho potencial y observado

Nicho potencial o fundamental. Aquel que la especie podría ocupar si no existiera competencia.

Nicho observado o real. Condición en la que una población existe y persiste en el tiempo.

Jaksic, F. 2001. Ecología de comunidades. pp 28

Competencia y sobreposición de nichos• Las especies desarrollan diferencias en el uso de

recursos, para evitar o disminuir los efectos negativos de la competencia.

Jaksic, F. 2001. Ecología de comunidades. pp 46

Reducir la competenciaRepartición de recursos.• Cuando coexisten

especies con requisitos similares, con frecuencia ocupan un nicho más pequeño que si estuvieran solas (Robert MacArthur).

• Los patrones de segregación espacial pueden ser utilizados como evidencia de competencia.

Audesirk, et. al. 2003. Biología la vida en la Tierra. pp 817

Reducir la competencia

Desarrollan diferencias en sus características estructurales, ecológicas y conductuales cuando su distribución geográfica se superpone.

Desplazamiento del tamaño del pico en especies de pinzones de las Islas Galapagos

Desplazamiento de caracteres.

Depredación (+/-)• Consumo de un organismo vivo, la

presa, por parte del depredador.

• El depredador se beneficia (+) al conseguir alimento y la presa es perjudicada (-) ya que es cazada y muerta por el depredador.

• En la gran mayoría de los casos, el depredador presenta un tamaño corporal mayor al de su presa.

• Cuando esto no es así, el depredador caza en grupo lo que se conoce como estrategias de colaboración.

• En la depredación se incluye:

– Carnivorismo (animal – animal, interespecifica)– Herbivorismo (animal – planta)– Canibalismo (animal – animal, intraespecifica)

• Algunos autores también incluyen:

– Parasitismo– Parasitoidismo

Depredación• Los depredadores generalmente cazan a los

miembros más débiles de la población de presas, los individuos más viejos, los enfermos y a los más jóvenes.

• Los depredadores cumplen la función ecológica de controlar el tamaño de la población de presas (abundancia o número de individuos), impidiendo que estos aumenten desproporcionadamente.

• La abundancia de presas en un ecosistema regula el tamaño de la población de depredadores.

Depredador - Presa

¡Cada una de las dos especies puede influir sobre el crecimiento poblacional de la otra!

Estrategias de caza

• Emboscada. El depredador espera que se acerque la presa (e.g., ranas, cocodrilos, mantis).

• Acecho. Caza con un ataque rápido. Aunque el tiempo empleado por el depredador en la búsqueda de la presa puede ser considerable, el tiempo de persecución es mínimo (e.g., garzas).

• Persecución. Tiempo de búsqueda mínimo, el depredador conoce donde se localiza la presa, pero el tiempo de persecución es mayor (e.g., halcones, leones, lobos).

Defensas evolutivas de las presas

• Coloración críptica. Consiste en presentar colores, patrones, formas y posturas que permiten a la presa confundirse con el medio.

• Mimetismo Mülleriano. Dos o más especies con características peligrosas, no emparentadas que comparten uno o más depredadores, logran mimetizar las señales de advertencia respectivas.

• Mimetismo Batesiano. Dos o más especies similares en apariencia, donde sólo una de ellas está armada con mecanismos de defensa frente a los depredadores (espinas, venenos, sabor desagradable).

Defensas evolutivas de las presas• Sistemas de defensa

mecánicos– Corazas– Caparazones– Púas

• Mecanismos conductuales– Alarmas– Elementos distractores– Camuflajes– Vida en grupo– Sincronización de la época

reproductiva

Mutualismo (+/+)• Interacción biológica interespecifica, donde ambas especies

o mutualistas, se ven beneficiados (+/+) por la interacción.

• Relación constituye una explotación recíproca, más que un esfuerzo cooperativo entre los individuos.

• Ambas especies ven aumentada su capacidad reproductiva y de sobrevivencia.

Tipos de mutualismo• Según el grado de vinculación entre los mutualistas, como

el tiempo que dure la interacción y el grado de dependencia de los organismos participantes, se pueden relacionar con una o varias especies:

Grado de dependencia

Especie 1 Especie 2Mutualistas

Especie 1 Especie 2AMutualistas

Especie 2B

Especie 2C

Obligada o Especie específica.

Facultativa o Multiespecie

Tipos de mutualismo

• Mutualismo facultativo. Cuando los mutualistas participan de la relación sólo durante algunas etapas de sus vidas o desarrollan la interacción con diferentes especies.

Tipos de mutualismo

• Mutualista obligado. Los mutualistas presentan una relación con una única especie y es de largo plazo, gran parte o toda la vida.

Comensalismo (+/0)

• Interacción biológica interespecifica relacionada principalmente con la alimentación.

• El comensal se alimenta de los restos de alimento o desechos orgánicos que deja el hospedero.

• En algunos casos el comensal puede también ocupar refugio u otros recursos que el hospedero le otorgue.

Parasitismo (+/-)

• Interacción biológica interespecifica en la que un organismo, el parásito se ve beneficiado al alimentarse y refugiarse en el cuerpo de otro individuo, el hospedero.

• El parásito no mata a su hospedero, sin embargo, cada vez que el parásito se alimenta del hospedero le ocasiona algún tipo de daño y lo debilita, reduciendo sus capacidades reproductivas y de sobrevivencia.

• Los parásitos presentan un tamaño corporal mucho más pequeño que el de su hospedero aunque, en algunos casos, el número de parásitos puede ser muy abundante.

Tipos de parasitismo• Los parásitos se clasifican

en dos grandes grupos:• Ectoparásitos.

Parásitos que viven sobre su hospedero, algunos de ellos adheridos a la piel.

• Endoparásitos. Parásitos que habitan en el interior del cuerpo del hospedero.

Plantas parásitas• Obtienen algunos o todos los nutrientes

necesarios para su supervivencia desde otra planta.

Myzodendron punctulatum

• Se dividen en dos grupos:• Hemiparásitas. Dependen de un hospedero

para obtener algunos nutrientes, como agua y minerales, pero que al mismo tiempo tienen la capacidad de realizar fotosíntesis y fabricar su propio alimento.

Cytinus hypocistis

• Holoparásitas. Dependen totalmente de su hospedero para abastecerse de agua y alimento elaborado, ya que carecen de pigmentos fotosintéticos.

Parasitoidismo• Organismos que se beneficia de la interacción

con otra especie, que “utiliza” para completar alguna etapa de su ciclo de vida.

• Por lo general, los parasitoides son insectos, los cuales depositan sus huevos en el interior o exterior del cuerpo del hospedero, otro insecto.

• Cuando el huevo eclosiona, la larva se alimenta del hospedero.

• El hospedero muere al finalizar el ciclo larval del parasitoide.

• El parasitoide adulto es de vida libre, solo interaccionan con un hospedero durante su vida, el cual siempre es de la misma especie.

Avispa Braconidae